Physique 1 : La sirène [ /8] DS °1-B P -C Nom : T S

(1)

Nom :

5

novembre

2016

T

^ale

S DS

N

°1-B

IS DE

P

HYSIQUE

-C

HIMIE

Durée 2h – Aucun document – Calculatrices AUTORISEES

Tout sujet non rendu avec la copie sera pénalisé de 1 point - Le barème indiqué sur 20 points est approximatif le sujet comporte 4 pages

CONSIGNES à RESPECTER

- les réponses doivent être justifiées.

- les expressions littérales doivent être encadrées

- les résultats numériques doivent être soulignés, les unités précisées et le nombre de chiffres significatifs cohérent.

- ne jamais rester bloqué plus de 5 minutes sur une question

Physique 1 : La sirène [ /8]

Un véhicule muni d'une sirène est immobile. La sirène retentit et émet un son de fréquence f=680 Hz. Le son émis à la date t = 0 se propage dans l'air à la vitesse c = 340 m.s^-1 à partir de la source S. On note λ la longueur d'onde correspondante.

La figure 1 ci-dessous représente le front d'onde à la date t = 0

Répondre par «vrai» ou «faux» aux trois affirmations suivantes en justifiant son choix.

1- Le front d'onde a parcouru d = 40.0 m à la date t = 3T.

2- Deux points situés à la distance d’ = 55,0 m l'un de l'autre dans la même direction de propagation vibrent en phase.

3- L'onde se réfléchit sur un obstacle situé à la distance d" = 680 m de la source. L'écho de l'onde revient à la source 2,0 s après l'émission du signal.

Puis, le véhicule se déplace maintenant vers la droite à la vitesse v inférieure à c. La figure 2 donnée ci-dessus représente le front de l'onde sonore à la date t = 4 T. (T étant la période temporelle de l'onde sonore). Le véhicule se rapproche d'un observateur immobile.

Pendant l'intervalle de temps T, le son parcourt la distance λ. Pendant ce temps, le véhicule parcourt la distance d = v. T. La longueur d'onde λ' perçue par l'observateur à droite de la source S a donc l'expression suivante : λ' = λ – v.T (1)

4- Rappeler la relation générale liant la vitesse de propagation, la longueur d'onde et la fréquence.

5- En déduire que la relation (1) permet d'écrire (f ’ étant la fréquence sonore perçue par l'observateur).

6- Le son perçu est-il plus grave ou plus aigu que le son d'origine ? Justifier sans calcul numérique...

7- Comment se nomme le phénomène ici observé ?

Dans un deuxième temps, le véhicule s'éloigne de l'observateur à la même vitesse v.

8- Donner, sans démonstration, les expressions de la nouvelle longueur d'onde λ" et de la nouvelle fréquence f " perçues par l'observateur en fonction de f, v et c.

9- Le son perçu est-il plus grave ou plus aigu que le son d'origine ? Justifier.

10- Exprimer, puis calculer en km.h^-1, en arrondissant les valeurs à des nombres entiers, la vitesse du véhicule qui se rapproche de l'observateur sachant que ce dernier perçoit alors un son de fréquence f ' = 716 Hz.

a. Le véhicule est immobile. b. le véhicule se déplace vers la droite à la vitesse v˂ c

(2)

Physique 2 : Interférences et incertitudes [/4]

On réalise une figure d'interférences à l’aide de fentes d'Young placées devant un faisceau laser séparées par une distance b = (0,500 ± 0,005) mm.

La figure est observée sur un écran à une distance D = 1,15 m du plan des fentes, cette distance étant mesurée avec une incertitude U(D) = 1 cm.

Pour déterminer la longueur d’onde du laser, on mesure 10 interfranges.

On obtient un interfrange i = 1,36 mm avec une incertitude U(i)= . 100

1 mm

1- Rappeler ce que signifie l'interfrange i.

2- Pourquoi faut-il mesurer 10 interfranges plutôt qu'une seule ?

3- Par une analyse dimensionnelle, déterminer l’expression qui permet de calculer l’interfrange i, parmi les propositions

suivantes :

(A)i= λ.D²; (B) i=

b D

.

; (C) i= .₂ D

b

4- Déduire des résultats expérimentaux la longueur d'onde λ, du laser. Donner le résultat dans l'unité usuelle pour exprimer la longueur d'onde d'une onde électromagnétique dans le visible.

5- L'incertitude sur la mesure de λ peut être évaluée par :

2 2

2 () ( )

) . ( )

( 



 







 







 



 

D D U i

i U b

b U   U

a. Calculer l'incertitude U(λ) sur la longueur d'onde du laser.

b. En déduire un encadrement de la valeur expérimentale de λ.

c. Cet encadrement est-il compatible avec la valeur 589,3 nm fournie par le constructeur du laser?

6- On double la distance fente écran, justifiez sans calculs, que la valeur de l'interfrange double.

(3)

Chimie 1 : deux molécules organiques [/5]

On considère les deux molécules de formule brute C

5

H

10

O suivantes isomères de constitution.

1- Que signifie isomère de constitution ?

2- Nommer en nomenclature officielle ces deux molécules.

3- Entourer sur la molécule et nommer le groupe ou les groupes caractéristiques de chaque molécule.

4- A quelle famille organique chacune de ces molécules appartient-elle ? On donne les spectres IR des deux molécules.

5- A quelle liaison correspond la bande d'absorption fine et intense en dessous-de 2000 cm

^-1

?

6- Peut-on, a priori, différencier ces deux molécules grâce à leur spectre IR ?

On réalise les spectres RMN des molécules. Mais ceux-ci ont été égarés.

7- Écrire la formule semi-développée de chaque molécule

Donner pour chaque molécule, le nombre de signaux que l'on doit observer et la multiplicité de chacun des signaux.

8- Les spectres RMN, permettent-il de différencier les deux molécules ?

9- Conclure quant à la nécessité d'utiliser plusieurs techniques pour identifier les molécules organiques.

O O

(4)

Chimie 2 : La petite fabrique d'eau [/3]

Pour fabriquer de l’eau liquide, on fait réagir du dihydrogène gazeux avec 2,5.10^-4 mol de dioxygène gazeux. La réaction est totale.

1- Écrire l'équation de la réaction chimique qui se produit.

2- Quel est le volume occupé par le dioxygène ?

3- Quelle quantité de matière de dihydrogène est juste nécessaire pour faire réagir tout le dioxygène ?

4- Quelle quantité de matière d'eau liquide est-il produit ? 5- Montrer que le volume d'eau liquide produit est de 9 µL.

6- Lorsqu'on fait cette expérience dans un tube à essai, on entend une détonation aigue signe d'une dépression. Expliquer pourquoi, lors de cette réaction il se produit une dépression.

Donnée : Le volume molaire, c'est-à-dire, le volume occupé par une mole de gaz dans les conditions de l'expérience est Vm = 24L.mol^-1.

masse volumique de l'eau : ρ=1kg/L masse molaire de l'eau M(H2O) = 18g/mol